WO2012007249A1 - System und verfahren zur bidirektionalen kommunikation mit einem schienenfahrzeug - Google Patents

System und verfahren zur bidirektionalen kommunikation mit einem schienenfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2012007249A1
WO2012007249A1 PCT/EP2011/060143 EP2011060143W WO2012007249A1 WO 2012007249 A1 WO2012007249 A1 WO 2012007249A1 EP 2011060143 W EP2011060143 W EP 2011060143W WO 2012007249 A1 WO2012007249 A1 WO 2012007249A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
access points
communication system
rail
optical
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/060143
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Ziller
Sebastian Randel
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2012007249A1 publication Critical patent/WO2012007249A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or vehicle train
    • B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/70—Details of trackside communication
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/04—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using light waves, e.g. infrared
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C2201/00—Transmission systems of control signals via wireless link
    • G08C2201/40—Remote control systems using repeaters, converters, gateways
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices
    • H04W88/085—Access point devices with remote components

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for bidirectional communication with a rail vehicle, in particular a train via access points or access points, which are provided along a rail segment.
  • an automatic train control system ATC Auto Train Control
  • Such a conventional automatic train control system ATC allows, for example, the distance between trains that are on the same
  • the information data transmitted thereby can contain multimedia data, in particular video data, which are supplied by a control center.
  • the various applications require a continuous bidirectional communication link between the rail vehicle and a railway operator's communication system.
  • conventional radio-based communications systems are access points for producing a communication ⁇ connection between the rail car and the communications system along the rail and perform various functions.
  • the access points contain a radio module in order to communicate or exchange signals via an air interface with a radio module provided in the rail vehicle.
  • the access points can establish a data connection with a data transmission system.
  • the data received from the rail vehicle are packed in the access points as user data in data packets, for example Ethernet data packets, and transmitted via switches and routers to servers of a train control system.
  • the conventional communication systems for connecting rail vehicles have several disadvantages.
  • the access points laid along the rails are technically relatively complex and require sophisticated hardware.
  • these have as hardware an embedded system with a microprocessor running an operating system, for example a Linux operating system.
  • the high circuit complexity requires a correspondingly complex housing and a corresponding complex power supply.
  • the technically complex hardware of the access point is sensitive to climatic variations in the environment. Due to the high security requirements, all hardware components must also th such as the motherboard with the microprocessor and wireless modules, power supply modules and antennas Redun ⁇ dant in the respective access point are provided. Due to the large number of components and their complexity, the on-site maintenance required is therefore particularly complex.
  • a further drawback is that adjacent to ⁇ transition points use the same transmission channel and bandwidth to compete with each other. Since the access points must be relatively close together to guarantee a permanent connection or connectivity, several access points are within the reach of other access points. It is therefore an object of the present invention to provide a system and a method for communication with a rail vehicle, which ensure an extremely reliable communi ⁇ cation connection with the rail vehicle and at the same time require only a small circuit complexity ⁇ in the access points.
  • the invention provides a communication system for a rail vehicle having access points provided along a rail segment, each access point
  • a radio module which communicates via an air interface with a radio module provided in the rail vehicle
  • the signal transformation module of the access point transforms an optical signal, which is received via a Lichtwel ⁇ lenleiter of the signal and data processing unit of the respective rail segment, in a signal which the radio module of the access point as a radio signal via the air interface to the radio module of the rail vehicle transmits.
  • the radio module of the access point and the radio module of the rail vehicle is a WLAN radio module.
  • a plurality of access points form a group of access points of a rail segment and are connected via a distributor unit to the signal and data processing unit of the respective rail segment.
  • the manifold unit comprises a multi- plexer / demultiplexer for multiplexing the sent by the access point optical signals to the signal and data processing unit of the rail segment and for demultiplexing the of the slide ⁇ nensegmentes transmitted optical signals from the signal and data processing unit to the access points.
  • the multiplexer / demultiplexer of the manifold unit is driven by a built-in control of the distribution unit, wel ⁇ ches monitored originating from the access points and evaluates signals.
  • the distribution unit evaluates originating from the access points signals with respect to at least one Signalcha- rakteritesums and controls the multiplexer / demultiplexer for switching signal transmission paths between the access points and the signal and data processing unit of the respective rail segment in dependence of the ermit ⁇ signal characteristics.
  • the signal characteristics of the signals originating from the access points in the time domain and / or the frequency domain are evaluated by the control of the distribution unit.
  • the signal characteristics comprise a signal strength, a signal-to-noise ratio, a signal format and a signal spectrum of an optical signal originating from an access point.
  • the controller includes a local Since ⁇ space A for recording the signal characteristics derived from the access points and calculates signals in
  • Communication system communicate adjacent groups of access points of different rail segments on different frequency channels with the radio module of the rail vehicle.
  • the signal and data processing unit of the rail segment transmits the data received from the access points of the rail segment by means of optical signals as user data in data packets via network routers to at least one train control server.
  • the inventive communication system has the signal transformation module of the access point an optical transceiver which is connected via one or more optical fibers with the manifold assembly of the jewei ⁇ time rail segment.
  • the invention further provides a method for bidirectional data transmission between a communication system and a rail vehicle, comprising the steps of: exchanging data between the communication system and at least one Access point of a group of access points, which are arranged along a rail segment, by means of optical Sig ⁇ signals, which are transported via optical fibers; and transforming the optical signals through a signal transduction formation unit of each access point in signals as radio signals over an air interface between the respective access point and the rail vehicle transportation ⁇ advantage.
  • Fig. 1 is a diagram illustrating a possible
  • 2a, 2b, 2c different embodiments of the inventions ⁇ to the invention communication system
  • 3 is a block diagram illustrating a possible embodiment of a distribution unit used in the communication system according to the invention
  • 4a, 4b, 4c are diagrams for explaining the operation of the communication system according to the invention
  • 5a, 5b are diagrams for explaining the operation of the communication system according to the invention.
  • a plurality ofitespunk- 2-i along one or more parallel rails 3-i arranged.
  • the various access points 2-i are arranged in groups of three access points at different rail segments of the two parallel rails or train tracks 3-1, 3-2.
  • each group of access punk ⁇ th 2-i on the three access points is provided for hen for an associated rail segment.
  • six different groups of are provided to ⁇ transition points with three access points for six rail segments.
  • the access points or access points AP are on both Be ⁇ th of the rails 3-1, 3-2.
  • access points are provided on only one side of the rails 3-i without appreciably affecting functionality.
  • the access points 2-i it is possible for the access points 2-i to be arranged between the two rails 3-1, 3-2.
  • the access points 2-i of a group of access points are connected to a common signal and data processing unit 4-i of the group.
  • This signal and data processing ⁇ unit 4-i can also be referred to as a CSO unit (Central Segment Opera ⁇ tor).
  • the signal and data processing unit 4-i ⁇ a rail segment is indirectly Lichtwellenlei ⁇ ter 5-i or directly with the various access points of the respective rail segment connected. For example, form the access points 2-1, 2-2, 2-3 a Grup ⁇ pe of access points for a first rail segment and via one or more optical waveguides 5-1 connected to the Central segment operator 4-1.
  • the signal and data processing units 4-i of the various rail segments are in turn connected via switches 6-1, 6-2 and routers 7-1, 7-2 to servers 8-1, 8-2 of a train control system.
  • the data network, to which the signal and data processing units 4-i of the rail segments are connected may be, for example, an Ethernet transmission system.
  • Each access point 2-i of the inventive communication ⁇ system 1 has an integrated radio module that can communicate bidirectionally over an air interface with a rail vehicle in the prior viewed ⁇ radio module.
  • the rail vehicle moves on one of the tracks 3-1, 3-2 over different rail segments away at the access points ⁇ 2-i, which are laid laterally next to the rails or rails over.
  • the access point 2-i further contains a signal transformation module ⁇ that of the radio module of
  • Rail vehicle received via the air interface received radio signal transformed into an optical signal, which is transmitted via one or more optical waveguides 5-i to the signal and verar ⁇ processing unit or CSO unit 4-i provided for the respective rail segment.
  • Emp ⁇ example intercepts the access point 2-2 a radio signal over the air interface of a radio module of a rail vehicle ⁇ tool, an existing in the access point 2-2 signal transforming unit transforms the received radio signal into an optical signal via the optical fiber 5-1 to the CSO Unit 4-1 is transmitted.
  • the signal transformation module of the access point 2-2 transforms an op ⁇ table signal that is received via the optical fiber 5-1 of the CSO unit 4-1 of the rail segment in a signal radiated by the radio module of the access point 2-2 as a radio signal is and will be on the air interface to the radio module of the passing rail vehicle übertra ⁇ gen.
  • radio module of access point 2-i and the Funkmo ⁇ dul of the rail vehicle there are preferably WLAN radio modules. These wireless modules preferably support the IEEE standard 802.11. In possible embodiments, the radio modules further support a wireless signal Transmission according to the standard IEEE802.16, IEEE802.15 or similar standards.
  • the access point ⁇ 2-i a radio module 10-i and a Signaltransformationsmo ⁇ module 11-i on an optical waveguide or a fiber optic cable 5-i is connected to a signal transformation module 12-i of a signal and data processing unit 4-i of the respective rail segment.
  • the two signal transformers ⁇ tion module 11-i, 12-i respectively carry a signal conversion from an electrical to an optical signal.
  • the signal transformation modules 11-i, 12-i are each located in an optical transceiver.
  • this optical transceiver can be plugged into a socket of the access point or access point 2-i or the signal and data processing unit 4-i.
  • a socket of the access point or access point 2-i or the signal and data processing unit 4-i In the illustrated in Fig. 2a exemplary form of each rail segment has only ei ⁇ NEN access point 2-i.
  • FIG. 2b shows an alternative embodiment of OF INVENTION ⁇ to the invention the communication system.
  • Several access or Ac- cess Points 2-i, 2-j, 2-k are connected to a common manifold ⁇ unit 13 via an optical waveguide 5- i having a signal transform module 12-i of the corresponding signal and data processing unit 4 -i of the respective rail segment is connected.
  • the distributor unit 13 is an optical distributor unit or an optical hub.
  • Fig. 2c shows a further embodiment of the OF INVENTION ⁇ to the invention the communication system 1.
  • Fig. 2c provides, a plurality of optical hubs or optical distribution ⁇ units 13-1, 13-2, 13-3 to signal transformation modules 12 1, 12-2, 12-3 of a group of signal and data processing processing units 4-1, 4-2, 4-3, which are located, for example, in the same room.
  • the distance between the access points 2-i and the signal and data processing unit 4-i of the rail segment may be in the range of a few kilometers.
  • the access point 2-i forming a signal repeater, which converts the received Funksig ⁇ nal of the rail vehicle into an optical signal and transmits the signal via an optical distributor unit 13 to a remote signal and data processing unit 4-i of the respective rail segment.
  • the Kommunikati ⁇ onstress is bidirectional, since the optical distributor ⁇ unit 13 see the one hand as an optical multiplexer for multiplexing the 2-i received from the access points optical signals for signal and data processing unit forms 4-i and on the other hand, forms an optical demultiplexer, which the optical signals originating from the signal and data processing unit 4-i are split or distributed to the different access points 2-i.
  • the various access points 2-i have a relatively low circuitry complexity, since, as seen in Fig. 2, only include a wireless module 10-i and a signal Trans ⁇ formation module 11-i.
  • the access points 2-i used in the communication system 1 according to the invention therefore work particularly robustly and reliably and require little maintenance.
  • the access points 2-i are less sensitive to climatic fluctuations, in particular temperature fluctuations of the environment. This in turn simplifies the structure of the housing of the respective access point 2-i.
  • a further advantage of the communication system according to the invention is that no application program or software program has to be executed on a microprocessor on the different access points 2-i and thus the communication system is safer against attacks or hacker attacks compared with conventional communication systems.
  • the access points 2-i routed to the track are accessible to an attacker, software attacks are not possible since no application programs are executed on the respective access points 2-i.
  • An attack on the signal and data processing units or CSO units 4- i is physically not possible because they are preferably located in a common protected server room.
  • the signal and data processing units 4-i are located in a room together with the routers 2-i in switches 6-i, so that the cabling effort can be minimized. Furthermore, this also protects the data connection against attackers.
  • the low level of interference also allows bandwidth sharing across different groups of access points.
  • the access points 2 within the same group can communicate with the radio module of the rail vehicle over the same frequency channel.
  • the radio modules are WLAN radio modules, for example, as indicated in FIG. 1, a group of access points 2 can be connected via a radio network module.
  • NEN frequency channel 1 and another group of access points 2 communicate via a frequency channel 6.
  • the frequencies used do not overlap each other.
  • the communication system 1 allows the IP-based data transmission to a train control system. Therefore, an IP-based multicast for the data streams is possible.
  • a VPN tunnel can be set up to the train control system in order to transfer data particularly securely against attacks.
  • two segments of the access point groups are installed in an interleaved manner and work with different ⁇ union frequencies. This makes it possible to provide redundant transmission paths in the frequency range for the wireless connection of the rail vehicle with the communication system 1 ready ⁇ .
  • FIG. 3 shows a block diagram of a possible embodiment of an optical distributor 13 used in the communication system 1 according to the invention.
  • the distributor unit
  • the multiplexer / demultiplexer unit 14-i serves to multiplex the optical signals supplied by the access points 2-i to the signal and data processing unit 4-i of the respective rail segment. Furthermore, the multiplexer / demultiplexer unit 14-i is used for demultiplexing the optical signals sent by the signal and data processing unit 4-i of the track segment to the various access points 2-i of the respective access point group.
  • the optical distributor unit 13-i further preferably comprises a controller 15-i integrated therein, which controls the switches of the multiplexer / demultiplexer unit.
  • the controller 15-i contains a signal evaluation unit, which monitors and evaluates the signals generated by the access points 2-i.
  • the contained in the controller 15-i ⁇ Signalaus evaluation unit evaluates the 2-i derived from the access points signaled le regarding at least one signal characteristic.
  • the controller controls the multiplexer / demultiplexer 14-i to switch signal transmission paths between the access points 2-i and the signal and data processing unit 4-i of the rail segment in response to the detected signal characteristics. In this way Studentstra ⁇ supply paths can then targeted arrival or are switched off.
  • the signal ⁇ evaluation unit of the control unit 15-i evaluates those derived from the transition points to ⁇ 2-i signals in the time and / or frequency range or out in the time or frequency domain.
  • the signal evaluation the controller 15-i evaluates a signal strength and / or a Sig nal ⁇ -noise ratio SNR, and, optionally, a signal format of data originating from the access points 2-i signals.
  • the signal evaluation unit of the controller 15-i evaluates a signal spectrum of the signals originating from the access points 2-i.
  • the signal evaluation unit of the controller 15-i is able to detect whether an optical signal originating from an access point 2-i is derived from a radio signal originating from a radio module of a rail vehicle.
  • the signal evaluation unit of the controller 15-i is preferably further capable of detecting whether a received signal originates from an unwanted signal interference source.
  • the distribution unit 13 additionally has a local data memory for recording signal characteristics of the signals originating from the access points 2-i.
  • the controller calculates a future location of the device in dependence on the recorded signal data or the historical data
  • the controller 15-i can then control the signal transmission by activating the multiplexer / demultiplexer 14-i or its switch. transmission paths between the access points 2-i and the signal and data processing unit 4-i of the rail segment ge ⁇ targets on or off.
  • the controller 15-i of the distributor 13-i evaluates by the various access ⁇ score 2-i-derived signals, and recognizes from the signal characteristics, such as a signal strength or a waveform that the product supplied from the access point 2-4 optical signal from the radio signal of the radio module within ⁇ half of the train 16-1 comes. Further, the Signalauswer ⁇ teiki the controller 15-i within the distributor 13 detects that the product supplied from the access point 2-1 signal from a noise source, for example, a microwave oven is derived.
  • a noise source for example, a microwave oven
  • the controller 15-i within the distributor unit then switches off the data transmission paths between the access points 2-1, 2-2, 2-3 and 2-5 and the signal data processing unit 4-i and switches only the data transmission path between the access point 2-4 and the signal and data processing unit 4-i for bidirectional ⁇ nal communication with the rail vehicle by.
  • the controller 15-i within the distributor unit switches off the data transmission paths between the access points 2-1, 2-2, 2-3 and 2-5 and the signal data processing unit 4-i and switches only the data transmission path between the access point 2-4 and the signal and data processing unit 4-i for bidirectional ⁇ nal communication with the rail vehicle by.
  • two are moving
  • the two trains 16-1, 16-2 pass one another at the location of the access point 2-3, which is controlled accordingly by the control 15-i of the system.
  • divider module 13 is switched through to the signal and data processing unit 4-i of the respective rail segment.
  • the selection of the frequencies or channels to the various rail segments may be arbitrary, as long as a nested channel allocation is possible.
  • the size of the rail segments can also vary.
  • the distance between the access points 2-i may be, for example, a few hundred meters.
  • Fig. 5a shows a conventional arrangement of access points. The overlap
  • Ranges of the different access points with those of neighboring access points For example, the radio ⁇ reach of an access point overlaps with the range of two other access points, namely the left and right neighboring access points. This is desirable to avoid gaps in coverage. Due to sub-optimal planning and a constant change in channel conditions, the number of neighboring access points is higher, and can be more than seven access points. In the example shown, the node or access point is only in the transmission range of two adjacent nodes in both directions. The internal access point of a group is therefore disturbed by four ⁇ be adjacent access points. This interference can degrade the performance of the network. The access points compete for the same bandwidth if they are in a common area.
  • Fig. 5b shows the situation in a communication system 1 according to the invention.
  • five access points 2-i form an access point group or a corresponding cluster.
  • only two access points overlap at the edge of the Group so that only neighboring groups or clusters compete for the same bandwidth. Therefore, the performance in the communication data system 1 according to the invention is higher than in a conventional communication system.
  • the distance between the routers 7-i and the signal and data processing units 4-i is preferably small in order to facilitate the connection or cabling.
  • the distance between the signal and data processing units 4-i and the access points 2-i can be several tens of kilometers.
  • the distributor unit 13 of a rail segment only requires an optical waveguide for connection to the signal and data processing unit 4-i.
  • the optical distribution unit 13 is preferably provided in the vicinity of the transition points to ⁇ 2-i of the respective rail segment, to minimize wiring.
  • the distribution units 13 preferably have intelligent multiplexer / demultiplexer, which are able to switch certain signal transmission paths between the signal and movement of such data processing units ⁇ 4-i and the access points 2-i for the radio signals targeted. Disturbances due to self-interference and interference with other signal or interference sources, such as WLAN devices, can be reduced to a minimum in this way.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem (1) für ein Schienenfahrzeug (16) mit Zugangspunkten (2), die entlang eines Schienensegmentes vorgesehen sind, wobei jeder Zugangspunkt (2) ein Funkmodul (10), insbesondere ein WLAN Funkmodul, aufweist, das über eine Luftschnittstelle mit einem in dem Schienenfahrzeug (16) vorgesehenen Funkmodul kommuniziert. Ferner weist jeder Zugangspunkt (2) ein Signaltransformationsmodul (11) auf, welches das von dem Funkmodul des Schienenfahrzeuges über die Luftschnittstelle empfangene Funksignal in ein optisches Signal transformiert, das über einen Lichtwellenleiter (5) zu einer für das Schienensegment vorgesehenen Signal- und Datenverarbeitungseinheit (4) übertragen wird. Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem (1) arbeitet besonders zuverlässig und störsicher und bietet Schutz vor gezielten Hacker-Angriffen.

Description

Beschreibung
System und Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation mit einem Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation mit einem Schienenfahrzeug, insbesondere einem Zug über Zugangspunkte bzw. Access Points, die entlang eines Schienensegmentes vorgesehen sind.
Zugsysteme benötigen Kommunikationsverbindungen für unterschiedliche Zwecke. Beispielsweise bietet ein automatisches Zugsteuersystem ATC (Automatic Train Control) verschiedene Funktionen für den automatischen Betrieb eines Zuges zu des- sen Schutz und Überwachung. Dies erleichtert den Betrieb des Schienenfahrzeuges bzw. des Zuges, so dass das automatische Zugsteuersystem den Zugfahrer bzw. Lokführer bei Wahrnehmung seiner Aufgaben entlasten kann. Ein derartiges herkömmliches automatisches Zugsteuersystem ATC ermöglicht es beispielswei- se den Abstand zwischen Zügen, die sich auf der gleichen
Schiene bewegen, zu vermindern und erhöhen allgemein die Zugsicherheit .
Darüber hinaus werden in Zügen zunehmend Passagierinformati- onssysteme für die beförderten Passagiere bereitgestellt, welche die Passagiere über den Fortgang der Zugreise und mög¬ liche Umsteigemöglichkeiten informieren. Die dabei übertragenen Informationsdaten können Multimediadaten, insbesondere Videodaten enthalten, die von einem Steuercenter geliefert werden. Die verschiedenen Anwendungen erfordern eine kontinuierliche bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen dem Schienenfahrzeug und einem Kommunikationssystem des Bahnbetreibers . Bei herkömmlichen funkbasierten Kommunikationssystemen befinden sich Zugangspunkte zur Herstellung einer Kommunikations¬ verbindung zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Kommunikati- onssystem entlang der Schiene und erfüllen verschiedene Funktionen. Einerseits enthalten die Zugangspunkte ein Funkmodul, um über eine Luftschnittstelle mit einem in dem Schienenfahrzeug vorgesehenen Funkmodul zu kommunizieren bzw. Signale auszutauschen. Weiterhin können die Zugangspunkte eine Datenverbindung mit einem Datenübertragungssystem herstellen. Dabei werden die von dem Schienenfahrzeug empfangenen Daten in den Zugangspunkten als Nutzdaten in Datenpakete, beispielsweise Ethernet-Datenpakete, verpackt und über Switches sowie Router an Server eines Zugsteuersystems übertragen.
Die herkömmlichen Kommunikationssysteme zur Anbindung von Schienenfahrzeugen weisen mehrere Nachteile auf. Die entlang der Schienen verlegten Zugangspunkte sind technisch relativ komplex aufgebaut und benötigen eine anspruchsvolle Hardware. Bei herkömmlichen Zugangspunkten weisen diese als Hardware ein Embedded-System mit einem Mikroprozessor auf, der ein Betriebssystem, beispielsweise ein Linux-Betriebssystem ausführt. Die hohe schaltungstechnische Komplexität erfordert ein entsprechend aufwändiges Gehäuse und eine entsprechende aufwändige Stromversorgung. Darüber hinaus ist die technisch komplexe Hardware des Zugangspunktes empfindlich gegenüber klimatischen Schwankungen der Umgebung. Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen müssen zudem alle Hardwarekomponen- ten wie beispielsweise das Motherboard mit dem Mikroprozessor sowie Funkmodule, Stromversorgungsmodule und Antennen redun¬ dant in dem jeweiligen Zugangspunkt vorgesehen werden. Aufgrund der Vielzahl von Bauelementen und ihrer Komplexität ist die vor Ort benötigte Wartung daher besonders aufwändig.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass benachbarte Zu¬ gangspunkte mit dem gleichen Übertragungskanal arbeiten und um Bandbreite miteinander konkurrieren. Da die Zugangspunkte relativ nahe beieinander liegen müssen, um eine ständige Ver- bindung bzw. Konnektivität zu garantieren, liegen mehrere Zugangspunkte jeweils in der Reichweite anderer Zugangspunkte. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System und ein Verfahren zur Kommunikation mit einem Schienenfahrzeug zu schaffen, die eine äußerst zuverlässige Kommuni¬ kationsverbindung mit dem Schienenfahrzeug gewährleisten und gleichzeitig nur eine geringe schaltungstechnische Komplexi¬ tät in den Zugangspunkten benötigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kommunikations System mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen ge löst .
Die Erfindung schafft ein Kommunikationssystem für ein Schienenfahrzeug, mit Zugangspunkten, die entlang eines Schienensegmentes vorgesehen sind, wobei jeder Zugangspunkt
ein Funkmodul, welches über eine Luftschnittstelle mit einem in dem Schienenfahrzeug vorgesehenen Funkmodul kommuniziert, und
ein Signaltransformationsmodul aufweist, welches das von dem Funkmodul des Schienenfahrzeuges über die Luftschnittstelle empfangene Funksignal in ein optisches Signal transformiert, das über einen Lichtwellenleiter zu einer für das Schienensegment vorgesehenen Signal- und Datenverarbeitungseinheit übertragen wird. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems transformiert das Signaltransformationsmodul des Zugangspunktes ein optisches Signal, das über einen Lichtwel¬ lenleiter von der Signal- und Datenverarbeitungseinheit des jeweiligen Schienensegmentes empfangen wird, in ein Signal, welches das Funkmodul des Zugangspunktes als Funksignal über die Luftschnittstelle an das Funkmodul des Schienenfahrzeuges überträgt .
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems ist das Funkmodul des Zugangspunktes und das Funkmodul des Schienenfahrzeuges ein WLAN-Funkmodul . Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems bilden mehrere Zugangspunkte eine Grup¬ pe von Zugangspunkten eines Schienensegmentes und sind über eine Verteilereinheit mit der Signal- und Datenverarbeitungs- einheit des jeweiligen Schienensegmentes verbunden.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems weist die Verteilereinheit einen Multi- plexer/Demultiplexer zum Multiplexen der von dem Zugangspunkt gesendeten optischen Signale an die Signal- und Datenverarbeitungseinheit des Schienensegmentes und zum Demultiplexen der von der Signal- und Datenverarbeitungseinheit des Schie¬ nensegmentes gesendeten optischen Signale an die Zugangspunkte auf.
Bei einer Ausführungsform des Kommunikationssystems wird der Multiplexer/Demultiplexer der Verteilereinheit durch eine in der Verteilereinheit integrierte Steuerung angesteuert, wel¬ ches die von den Zugangspunkten stammenden Signale überwacht und auswertet.
Bei einer Ausführungsform des Kommunikationssystems wertet die Steuerung der Verteilereinheit die von den Zugangspunkten stammenden Signale hinsichtlich mindestens eines Signalcha- rakteristikums aus und steuert den Multiplexer/Demultiplexer zum Schalten von Signalübertragungspfaden zwischen den Zugangspunkten und der Signal- und Datenverarbeitungseinheit des jeweiligen Schienensegmentes in Abhängigkeit des ermit¬ telten Signalcharakteristikums .
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems werden die Signalcharakteristika der von den Zugangspunkten stammenden Signale in der Zeitdomäne und/oder der Frequenzdomäne durch die Steuerung der Vertei- lereinheit ausgewertet. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems umfassen die Signalcharakteristika eine Signalstärke, ein Signalrauschverhältnis, ein Signalformat sowie ein Signalspektrum eines von einem Zugangspunkt stam- menden optischen Signals.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems weist die Steuerung einen lokalen Da¬ tenspeicher zum Aufzeichnen von Signalcharakteristika der von den Zugangspunkten stammenden Signale auf und berechnet in
Abhängigkeit von den aufgezeichneten Signalen bzw. Daten einen zukünftigen Aufenthaltsort eines Schienenfahrzeuges auf dem Schienensegment. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kommunikationssystems kommunizieren benachbarte Gruppen von Zugangspunkten unterschiedlicher Schienensegmente auf verschiedenen Frequenzkanälen mit dem Funkmodul des Schienenfahrzeuges .
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems überträgt die Signal- und Datenverarbeitungsein¬ heit des Schienensegmentes die von den Zugangspunkten des Schienensegmentes mittels optischer Signale empfangenen Daten als Nutzdaten in Datenpaketen über Netzwerkrouter an mindestens einen Zugkontrollserver.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems weist das Signaltransformationsmodul des Zugangs- punktes einen optischen Transceiver auf, der über einen oder mehrere Lichtwellenleiter mit der Verteilereinheit des jewei¬ ligen Schienensegmentes verbunden ist.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur bidirektiona- len Datenübertragung zwischen einem Kommunikationssystem und einem Schienenfahrzeug mit den Schritten: Austauschen von Daten zwischen dem Kommunikationssystem und mindestens einem Zugangspunkt einer Gruppe von Zugangspunkten, die entlang eines Schienensegmentes angeordnet sind, mittels optischer Sig¬ nale, die über Lichtwellenleiter transportiert werden; und Transformieren der optischen Signale durch eine Signaltrans- formationseinheit des jeweiligen Zugangspunktes in Signale, die als Funksignale über eine Luftschnittstelle zwischen dem jeweiligen Zugangspunkt und dem Schienenfahrzeug transpor¬ tiert werden.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Kommunikationssystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur bidirektionaler Kommunikation mit einem Schie nenfahrzeug unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren be¬ schrieben .
Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung einer möglichen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems ;
Fig. 2a, 2b, 2c verschiedene Ausführungsbeispiele des erfin¬ dungsgemäßen Kommunikationssystems ; Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer bei dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem eingesetzten Verteilereinheit; Fig. 4a, 4b, 4c Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems;
Fig. 5a, 5b Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems.
Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, sind bei den erfindungsge¬ mäßen Kommunikationssystemen 1 eine Vielzahl von Zugangspunk- ten 2-i entlang einer oder mehrerer parallel verlaufender Schienen 3-i angeordnet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die verschiedenen Zugangspunkte 2-i in Gruppen von drei Zugangspunkten bei verschiedenen Schienen- Segmenten der beiden parallel verlaufenden Schienen bzw. Zuggleise 3-1, 3-2 angeordnet. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist somit jede Gruppe von Zugangspunk¬ ten 2-i drei Zugangspunkte auf. Jede dieser Gruppen von Zu¬ gangspunkten ist für ein zugehöriges Schienensegment vorgese- hen. In dem in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel sind für sechs Schienensegmente sechs verschiedene Gruppen von Zu¬ gangspunkten mit jeweils drei Zugangspunkten vorgesehen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Zugangspunkte bzw. Access Points AP auf beiden Sei¬ ten der Schienen 3-1, 3-2. Bei einer alternativen Ausführungsform werden lediglich auf einer Seite der Schienen 3-i Zugangspunkte vorgesehen, ohne die Funktionalität nennenswert zu beeinträchtigen. Weiterhin ist es möglich, dass die Zu- gangspunkte 2-i zwischen den beiden Schienen 3-1, 3-2 angeordnet sind.
Die Zugangspunkte 2-i einer Gruppe von Zugangspunkten sind an eine gemeinsame Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i der Gruppe angeschlossen. Diese Signal- und Datenverarbeitungs¬ einheit 4-i kann auch als CSO-Einheit (Central Segment Opera¬ tor) bezeichnet werden. Die Signal- und Datenverarbeitungs¬ einheit 4-i eines Schienensegmentes ist über Lichtwellenlei¬ ter 5-i indirekt oder direkt mit den verschiedenen Zugangs- punkten des jeweiligen Schienensegmentes verbunden. Beispielsweise bilden die Zugangspunkte 2-1, 2-2, 2-3 eine Grup¬ pe von Zugangspunkten für ein erstes Schienensegment und sind über eine oder mehrere Lichtwellenleiter 5-1 mit dem Central Segment Operator 4-1 verbunden. Die Signal- und Datenverar- beitungseinheiten 4-i der verschiedenen Schienensegmente sind ihrerseits über Switches 6-1, 6-2 sowie Router 7-1, 7-2 mit Servern 8-1, 8-2 eines Zugsteuersystems verbunden. Das Daten- netzwerk, an welches die Signal- und Datenverarbeitungseinheiten 4-i der Schienensegmente angeschlossen sind, kann beispielsweise ein Ethernet-Übertragungssystem sein. Jeder Zugangspunkt 2-i des erfindungsgemäßen Kommunikations¬ systems 1 verfügt über ein integriertes Funkmodul, das über eine Luftschnittstelle mit einem in dem Schienenfahrzeug vor¬ gesehenen Funkmodul bidirektional kommunizieren kann. Das Schienenfahrzeug bewegt sich auf einem der Gleise 3-1, 3-2 über verschiedene Schienensegmente hinweg an den Zugangspunk¬ ten 2-i, die seitlich neben den Schienen bzw. Gleisen verlegt sind, vorbei. Der Zugangspunkt 2-i enthält ferner ein Signal¬ transformationsmodul, welches das von dem Funkmodul des
Schienenfahrzeuges über die Luftschnittstelle empfangene Funksignal in ein optisches Signal transformiert, das über einen oder mehrere Lichtwellenleiter 5-i zu der für das jeweilige Schienensegment vorgesehenen Signal- und Datenverar¬ beitungseinheit bzw. CSO-Einheit 4-i übertragen wird. Emp¬ fängt beispielsweise der Zugangspunkt 2-2 ein Funksignal über die Luftschnittstelle von einem Funkmodul eines Schienenfahr¬ zeuges, transformiert eine in dem Zugangspunkt 2-2 vorhandene Signaltransformationseinheit das empfangene Funksignal in ein optisches Signal, welches über den Lichtwellenleiter 5-1 an die CSO-Einheit 4-1 übertragen wird. Umgekehrt transformiert das Signaltransformationsmodul des Zugangspunktes 2-2 ein op¬ tisches Signal, das über den Lichtwellenleiter 5-1 von der CSO-Einheit 4-1 des Schienensegmentes empfangen wird in ein Signal, das durch das Funkmodul des Zugangspunktes 2-2 als Funksignal abgestrahlt wird und über die Luftschnittstelle an das Funkmodul des vorbeifahrenden Schienenfahrzeuges übertra¬ gen wird.
Bei dem Funkmodul des Zugangspunktes 2-i und bei dem Funkmo¬ dul des Schienenfahrzeuges handelt es sich vorzugsweise um WLAN-Funkmodule . Diese Funkmodule unterstützen vorzugsweise den IEEE-Standard 802.11. Bei möglichen Ausführungsformen unterstützen die Funkmodule ferner eine zur drahtlosen Signal- Übertragung gemäß dem Standard IEEE802.16, IEEE802.15 oder ähnlichen Standards.
Die Fig. 2a, 2b, 2c zeigen verschiedene Ausführungsvarianten für das erfindungsgemäße Kommunikationssystem 1. Bei der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsvariante weist der Zugangs¬ punkt 2-i ein Funkmodul 10-i und ein Signaltransformationsmo¬ dul 11-i auf, das über einen Lichtwellenleiter bzw. ein Glasfaserkabel 5-i mit einem Signaltransformationsmodul 12-i ei- ner Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des jeweiligen Schienensegmentes verbunden ist. Die beiden Signaltransforma¬ tionsmodule 11-i, 12-i führen jeweils eine Signalumwandlung von einem elektrischen zu einem optischen Signal durch. Bei einer möglichen Ausführungsform befinden sich die Signal- transformationsmodule 11-i, 12-i jeweils in einem optischen Transceiver. Bei einer möglichen Ausführungsform ist dieser optischer Transceiver in eine Buchse des Zugangs- bzw. Accesspunktes 2-i bzw. der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i einsteckbar. Bei der in Fig. 2a dargestellten Aus- führungsform verfügt jedes Schienensegment lediglich über ei¬ nen Zugangspunkt 2-i.
Fig. 2b zeigt eine alternative Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Kommunikationssystems. Mehrere Zugangs- bzw. Ac- cess Points 2-i, 2-j, 2-k sind an eine gemeinsame Verteiler¬ einheit 13 angeschlossen, die über einen Lichtwellenleiter 5- i mit einem Signaltransformationsmodul 12-i der zugehörigen Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des jeweiligen Schienensegmentes verbunden ist. Bei der Verteilereinheit 13 handelt es sich um eine optische Verteilereinheit bzw. einen optischen Hub.
Fig. 2c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin¬ dungsgemäßen Kommunikationssystems 1. Wie in Fig. 2c darge- stellt, können mehrere optische Hubs bzw. optische Verteiler¬ einheiten 13-1, 13-2, 13-3 an Signaltransformationsmodule 12- 1, 12-2, 12-3 einer Gruppe von Signal- und Datenverarbei- tungseinheiten 4-1, 4-2, 4-3 übertragen werden, die sich beispielsweise in demselben Raum befinden.
Der Abstand zwischen den Zugangspunkten 2-i und der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des Schienensegmentes kann im Bereich von einigen Kilometern liegen. Der Zugangspunkt 2-i bildet einen Signalrepeater, der das empfangene Funksig¬ nal des Schienenfahrzeuges in ein optisches Signal umwandelt und das Signal über eine optische Verteilereinheit 13 an eine entfernt gelegene Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des jeweiligen Schienensegmentes überträgt. Die Kommunikati¬ onsverbindung ist bidirektional, da die optische Verteiler¬ einheit 13 einerseits als einen optischen Multiplexer zum Multiplexen der von den Zugangspunkten 2-i empfangenen opti- sehen Signale zur Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i bildet und andererseits einen optischen Demultiplexer bildet, welcher die von der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i stammenden optischen Signale an die verschiedenen Zugangspunkte 2-i splittet bzw. verteilt.
Die verschiedenen Zugangspunkte 2-i weisen eine relativ geringe schaltungstechnische Komplexität auf, da sie, wie in Fig. 2 zu sehen, nur ein Funkmodul 10-i und ein Signaltrans¬ formationsmodul 11-i beinhalten. Daher arbeiten die in dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem 1 eingesetzten Zugangspunkte 2-i besonders robust und zuverlässig und sind wartungsarm .
Weiterhin sind die Zugangspunkte 2-i weniger sensitiv gegen- über klimatischen Schwankungen, insbesondere Temperaturschwankungen der Umgebung. Dies wiederum vereinfacht den Aufbau des Gehäuses des jeweiligen Zugangspunktes 2-i.
Die verschiedenen Zugangspunkte 2-i tauschen optische Signale über die optische Verteilereinheit 13 mit der Signal- und Da¬ tenverarbeitungseinheit 4-i aus, wobei diese optischen Signa¬ le nicht empfindlich gegenüber elektromagnetischen Interfe- renzen sind. Dies erleichtert die Verkabelung an den Schie¬ nen .
Da die schaltungstechnische Komplexität der eingesetzten Zu¬ gangspunkte 2-i gering ist, ist die Ausfallwahrscheinlichkeit aufgrund der geringen Anzahl von notwendigen Komponenten gering .
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kommunikationssys¬ tems besteht darin, dass auf den verschiedenen Zugangspunkten 2-i kein Applikationsprogramm bzw. Softwareprogramm auf einem Mikroprozessor ausgeführt werden muss und somit das Kommunikationssystem im Vergleich mit herkömmlichen Kommunikationssystemen sicherer gegenüber Angriffen bzw. Hacker-Angriffen ist. Obwohl die an dem Schienen verlegten Zugangspunkte 2-i für einen Angreifer zugänglich sind, sind Software-Angriffe nicht möglich, da auf den jeweiligen Zugangspunkten 2-i keine Applikationsprogramme ausgeführt werden. Ein Angriff auf die Signal- und Datenverarbeitungseinheiten bzw. CSO-Einheiten 4- i ist physikalisch nicht möglich, da sie sich vorzugsweise in einem gemeinsamen geschützten Serverraum befinden. Bei einer möglichen Ausführungsform befinden sich die Signal- und Datenverarbeitungseinheiten 4-i zusammen mit den Routern 2-i in Switches 6-i in einem Raum, so dass der Verkabelungsaufwand minimiert werden kann. Weiterhin wird hierdurch die Datenverbindung gegenüber Angreifern ebenfalls gesichert.
Die geringe Interferenzgefahr erlaubt zudem eine gemeinsame Nutzung von Bandbreiten durch verschiedene Gruppen von Zugangspunkten. Die Zugangspunkte 2 innerhalb derselben Gruppe können über den gleichen Frequenzkanal mit dem Funkmodul des Schienenfahrzeugs kommunizieren. Benachbarte Gruppen von Zu¬ gangspunkten 2 unterschiedlicher Schienensegmente kommunizieren beispielsweise auf verschiedenen Frequenzkanälen mit dem Funkmodul des Schienenfahrzeuges. Handelt es sich bei den Funkmodulen um WLAN-Funkmodule kann beispielsweise, wie in Fig. 1 angedeutet, eine Gruppe von Zugangspunkten 2 über ei- nen Frequenzkanal 1 und eine andere Gruppe von Zugangspunkten 2 über einen Frequenzkanal 6 kommunizieren. Die dabei verwendeten Frequenzen überlappen einander nicht. Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem 1 erlaubt die IP-basierte Daten- Übertragung zu einem Zugsteuersystem. Daher ist auch ein IP- basierter Multicast für die Datenströme möglich. Weiterhin kann ein VPN-Tunnel zu dem Zugsteuersystem aufgebaut werden, um Daten besonders sicher gegenüber Angriffen zu übertragen. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind zwei Segmente von Zugangspunktgruppen in verschachtelter Weise installiert und arbeiten mit unterschied¬ lichen Frequenzen. Hierdurch ist es möglich, redundante Übertragungspfade im Frequenzbereich für die drahtlose Verbindung des Schienenfahrzeugs mit dem Kommunikationssystem 1 bereit¬ zustellen .
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungs¬ form eines in dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem 1 eingesetzten optischen Verteilers 13. Die Verteilereinheit
13-i weist jeweils einen Multiplexer/Demultiplexer 14-i auf. Die Multiplexer/Demultiplexer-Einheit 14-i dient zum Multip- lexen der von den Zugangspunkten 2-i gelieferten optischen Signale an die Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des jeweiligen Schienensegmentes. Weiterhin dient die Multiple- xer/Demultiplexer-Einheit 14-i zum Demultiplexen der von der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des Schienensegmen¬ tes gesendeten optischen Signale an die verschiedenen Zugangspunkte 2-i der jeweiligen Zugangspunktgruppe.
Die optische Verteilereinheit 13-i enthält ferner vorzugswei¬ se eine darin integrierte Steuerung 15-i, die die Schalter der Multiplexer/Demultiplexer-Einheit steuert. Die Steuerung 15-i enthält eine Signalauswerteeinheit, welche die von den Zugangspunkten 2-i erzeugten Signale überwacht und auswertet. Dabei wertet die in der Steuerung 15-i enthaltene Signalaus¬ werteeinheit die von den Zugangspunkten 2-i stammenden Signa- le hinsichtlich mindestens einer Signalcharakteristik aus. Die Steuerung steuert den Multiplexer/Demultiplexer 14-i zum Schalten von Signalübertragungspfaden zwischen den Zugangspunkten 2-i und der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des Schienensegmentes in Abhängigkeit von den ermittelten Signalcharakteristika . Auf diese Weise können dann Übertra¬ gungspfade gezielt an- bzw. abgeschaltet werden. Die Signal¬ auswerteeinheit der Steuerung 15-i wertet die von den Zu¬ gangspunkten 2-i stammenden Signale im Zeit- und/oder Fre- quenzbereich bzw. in der Zeit- bzw. Frequenzdomäne aus. Bei einer möglichen Ausführungsform wertet die Signalauswerteeinheit der Steuerung 15-i eine Signalstärke- und/oder ein Sig¬ nal-Rausch-Verhältnis SNR und gegebenenfalls ein Signalformat der von den Zugangspunkten 2-i stammenden Signale aus.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform wertet die Signalauswerteeinheit der Steuerung 15-i ein Signalspektrum der von den Zugangspunkten 2-i stammenden Signale aus. Insbesondere ist die Signalauswerteeinheit der Steuerung 15-i in der Lage zu erkennen, ob ein von einem Zugangspunkt 2-i stammendes optisches Signal von einem Funksignal abgeleitet ist, welches von einem Funkmodul eines Schienenfahrzeuges stammt. Die Signalauswerteeinheit der Steuerung 15-i ist vorzugsweise ferner in der Lage zu erkennen, ob ein erhaltenes Signal von einer ungewünschten Signalinterferenzquelle stammt.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems verfügt die Verteilereinheit 13 zusätzlich über einen lokalen Datenspeicher zum Aufzeichnen von Signalcharakteris- tika der von den Zugangspunkten 2-i stammenden Signale. Bei einer möglichen Ausführungsform berechnet die Steuerung in Abhängigkeit von den aufgezeichneten Signaldaten bzw. den historischen Daten einen zukünftigen Aufenthaltsort des
Schienenfahrzeuges auf dem jeweiligen Schienensegment. In Ab- hängigkeit von dem berechneten Aufenthaltsort kann dann die Steuerung 15-i durch Ansteuerung des Multiple- xers/Demultiplexers 14-i bzw. dessen Schalter die Signalüber- tragungspfade zwischen den Zugangspunkten 2-i und der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des Schienensegments ge¬ zielt zu- bzw. abschalten.
In dem in Fig. 4a dargestellten Beispiel befinden sich eine Interferenz bzw. eine Störsignalquelle und ein Zug 16-1 im selben Schienensegment in dem fünf Zugangspunkte 2-1 bis 2-5 vorgesehen sind. Die Signalauswerteeinheit der Steuerung 15-i des Verteilers 13-i wertet die von den verschiedenen Zugangs¬ punkten 2-i stammenden Signale aus und erkennt anhand der Signalcharakteristika, beispielsweise einer Signalstärke oder einer Signalform, dass das von dem Zugangspunkt 2-4 gelieferte optische Signal von dem Funksignal des Funkmoduls inner¬ halb des Zuges 16-1 stammt. Ferner erkennt die Signalauswer¬ teeinheit der Steuerung 15-i innerhalb des Verteilers 13, dass das von dem Zugangspunkt 2-1 gelieferte Signal von einer Störquelle, beispielsweise einem Mikrowellenherd, stammt. Aufgrund des Auswerteergebnisses schaltet dann die Steuerung 15-i innerhalb der Verteilereinheit die Datenübertragungspfa¬ de zwischen den Zugangspunkten 2-1, 2-2, 2-3 sowie 2-5 und der Signaldatenverarbeitungseinheit 4-i ab und schaltet nur den Datenübertragungspfad zwischen dem Zugangspunkt 2-4 und der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i zur bidirektio¬ nalen Kommunikation mit dem Schienenfahrzeug durch. In dem in Fig. 4b dargestellten Beispiel bewegen sich zwei
Züge 16-1, 16-2 auf unterschiedlichen Schienen 3-1, 3-2 aufeinander zu, wobei die Signalübertragungspfade zu den ent¬ sprechenden Zugangspunkten 2-2, 2-4, die sich in unmittelbarer Nähe der beiden Zügen 16-1, 16-2 befinden, durch die Steuerung 15-i des Verteilermoduls 13 an die Signal- und Da¬ tenverarbeitungseinheit 4-i des jeweiligen Schienensegmentes durchgeschaltet werden.
Bei dem in Fig. 4c dargestellten Beispiel passieren die bei- den Züge 16-1, 16-2 einander an der Stelle des Zugangspunktes 2-3, welcher entsprechend durch die Steuerung 15-i des Ver- teilermoduls 13 zu der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i des jeweiligen Schienensegmentes durchgeschaltet wird.
Die Auswahl der Frequenzen bzw. Kanäle zu den verschiedenen Schienensegmenten kann willkürlich erfolgen, solang eine verschachtelte Kanalallokation möglich ist. Auch die Größe der Schienensegmente kann variieren. Der Abstand zwischen den Zugangspunkten 2-i kann beispielsweise einige hundert Meter betragen .
Durch die Verwendung eines großen Clusters von Zugangspunkten 2-i über mehrere hundert Meter entlang einer Schienenstrecke lassen sich Über-Reichweiten, wie sie bei herkömmlichen Systemen auftreten, vermeiden. Fig. 5a zeigt eine herkömmliche Anordnung von Zugangspunkten. Dabei überlappen sich die
Reichweiten der verschiedenen Zugangspunkte mit denen benachbarter Zugangspunkte. Beispielsweise überlappt sich die Funk¬ reichweite eines Zugangspunktes mit der Reichweite von zwei weiteren Zugangspunkten, nämlich der linken und rechten be- nachbarten Zugangspunkte. Dies ist erwünscht, um Lücken bei der Abdeckung zu vermeiden. Aufgrund sub-optimaler Planung und einem ständigen Wechsel bei den Kanalbedingungen ist die Anzahl der benachbarten Zugangspunkte höher, und kann mehr als sieben Zugangspunkte betragen. Im dargestellten Beispiel befindet sich der Knoten bzw. Zugangspunkt lediglich im Sendebereich von zwei benachbarten Knoten in beiden Richtungen. Der innere Zugangspunkt einer Gruppe wird daher von vier be¬ nachbarten Zugangspunkten gestört. Durch diese Interferenz kann die Performance des Netzwerkes verschlechtert werden. Die Zugangspunkte konkurrieren um die gleiche Bandbreite, wenn sie sich in einem gemeinsamen Bereich befinden.
Fig. 5b zeigt die Situation bei einem Kommunikationssystem 1 gemäß der Erfindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden fünf Zugangspunkte 2-i eine Zugangspunktgruppe bzw. einem entsprechenden Cluster. Bei dem dargestellten Beispiel überlappen sich lediglich zwei Zugangspunkte am Rand der Gruppe, so dass nur benachbarte Gruppen bzw. Cluster um die gleiche Bandbreite miteinander konkurrieren. Daher ist die Performance bei dem erfindungsgemäßen Kommunikationsdatensys¬ tem 1 höher als bei einem konventionellen Kommunikationssys- tem.
Der Abstand zwischen den Routern 7-i und den Signal- und Datenverarbeitungseinheiten 4-i ist vorzugsweise gering um die Verbindung bzw. Verkabelung zu erleichtern. Der Abstand zwi- sehen den Signal- und Datenverarbeitungseinheiten 4-i und den Zugangspunkten 2-i kann einige Dutzend Kilometer betragen. Die Verteilereinheit 13 eines Schienensegmentes macht ledig¬ lich einen Lichtwellenleiter zur Verbindung mit der Signal- und Datenverarbeitungseinheit 4-i erforderlich. Die optische Verteilereinheit 13 wird vorzugsweise in der Nähe der Zu¬ gangspunkte 2-i des jeweiligen Schienensegmentes vorgesehen, um den Verkabelungsaufwand zu minimieren.
Die Verteilereinheiten 13 weisen vorzugsweise intelligente Multiplexer/Demultiplexer auf, die in der Lage sind, bestimmte Signalübertragungspfade zwischen den Signal- und Datenver¬ arbeitungseinheiten 4-i und den Zugangspunkten 2-i für die Funksignale gezielt zu schalten. Störungen durch Selbstinterferenz und Interferenz mit anderen Signal- bzw. Störquellen, beispielsweise WLAN-Einrichtungen, können auf diese Weise auf ein Minimum reduziert werden.

Claims

Kommunikationssystem (1) für ein Schienenfahrzeug (16) mit Zugangspunkten (2), die entlang eines Schienensegmentes vorgesehen sind,
wobei jeder Zugangspunkt (2) ein Funkmodul (10), das über eine Luftschnittstelle mit einem in dem Schienenfahrzeug (16) vorgesehenen Funkmo¬ dul kommuniziert, und ein Signaltransformationsmodul (11) aufweist, welches das von dem Funkmodul des Schienenfahrzeuges über die Luftschnittstelle empfangene Funksignal in ein optisches Signal transformiert, das über einen Lichtwellenleiter (5) zu einer für das Schienensegment vorgesehenen Sig¬ nal- und Datenverarbeitungseinheit (4) übertragen wird.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1,
wobei das Signaltransformationsmodul (11) des Zugangs¬ punktes (2) ein optisches Signal, das über einen Licht¬ wellenleiter (5) von der Signal- und Datenverarbeitungs¬ einheit (4) des Schienensegmentes empfangen wird, in ein Signal transformiert, welches durch das Funkmodul (10) des Zugangspunktes (2) als Funksignal über die Luft¬ schnittstelle an das Funkmodul des Schienenfahrzeuges (16) übertragen wird.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Funkmodul des Zugangspunktes (2) und das Funk¬ modul des Schienenfahrzeuges (16) WLAN-Funkmodule sind.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 bis 3,
wobei mehrere Zugangspunkte (2) eine Gruppe von Zugangs¬ punkten eines Schienensegmentes bilden und über einen Verteiler (13) mit der Signal- und Datenverarbeitungs- einheit (4) des jeweiligen Schienensegmentes verbunden sind .
5. Kommunikationssystem nach Anspruch 4,
wobei die Verteilereinheit (13) einen Multiple- xer/Demultiplexer (14) zum Multiplexen der von den Zugangspunkten (2) gesendeten optischen Signale an die Signal- und Datenverarbeitungseinheit (4) des Schienen¬ segmentes und
zum Demultiplexen der von der Signal- und Datenverarbeitungseinheit (4) des Schienensegmentes gesendeten opti¬ schen Signale an die Zugangspunkte (2) aufweist.
6. Kommunikationssystem nach Anspruch 5,
wobei der Multiplexer/Demultiplexer (14) durch eine in der Verteilereinheit (13) integrierte Steuerung (15) an¬ gesteuert wird, welche die von den Zugangspunkten (2) stammenden Signale überwacht und auswertet.
7. Kommunikationssystem nach Anspruch 6,
wobei die Steuerung (15) der Verteilereinheit (13) die von den Zugangspunkten (2) stammenden Signale hinsichtlich mindestens eines Signalcharakteristikums auswertet und den Multiplexer/Demultiplexer (14) zum Schalten von Signalübertragungspfaden zwischen den Zugangspunkten (2) und der Signal- und Datenverarbeitungseinheit (4) des Schienensegmentes in Abhängigkeit von ermittelten Sig- nalcharakteristika ansteuert.
8. Kommunikationssystem nach Anspruch 7,
wobei die Signalcharakteristika der von den Zugangspunk¬ ten (2) stammenden Signale in der Zeit- und/oder Frequenzdomäne ausgewertet werden.
9. Kommunikationssystem nach Anspruch 7 oder 8,
wobei die Signalcharakteristika aufweisen: eine Signalstärke, ein Signalrauschverhältnis, ein Sig¬ nalformat und ein Signalspektrum der von den Zugangspunkten (2) stammenden Signale.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5 bis 9,
wobei die Steuerung (15) einen lokalen Datenspeicher zum Aufzeichnen von Signalcharakteristika der von den Zu¬ gangspunkten (2) stammenden Signale aufweist und in Abhängigkeit von den ausgewerteten Signalen einen zukünftigen Aufenthaltsort eines Schienenfahrzeuges (16) auf dem Schienensegment berechnet.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 bis 10,
wobei benachbarte Gruppen von Zugangspunkten (2) unterschiedlicher Schienensegmente auf verschiedenen Frequenzkanälen mit dem Funkmodul des Schienenfahrzeuges kommunizieren .
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 bis 11,
wobei die Signal- und Datenverarbeitungseinheit (4) des Schienensegmentes die von den Zugangspunkten (2) des Schienensegmentes mittels optischer Signale übertragenen Daten als Nutzdaten in Datenpaketen über Netzwerkrouter (7) an mindestens einen Zugkontrollserver (8) übertragen .
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 bis 12,
wobei das Signaltransformationsmodul (6) des Zugangs¬ punktes (2) einen optischen Transceiver aufweist, der über einen oder mehrere Lichtwellenleiter mit der Verteilereinheit (13) des jeweiligen Schienensegmentes ver¬ bunden ist.
Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung zwischen einem Kommunikationssystem und einem Schienefahrzeug mit den Schritten: (a) Austauschen von Daten zwischen dem Kommunikationssystem und mindestens einem Zugangspunkt (2) der entlang eines Schienensegmentes angeordnet ist, mittels optischer Sig¬ nale, die über Lichtwellenleiter transportiert werden; und
(b) Transformieren der optischen Signale durch eine Signaltransformationseinheit des Zugangspunktes (2) in Signa¬ le, die als Funksignale über eine Luftschnittstelle zwi¬ schen dem Zugangspunkt (2) und dem Schienenfahrzeug transportiert werden.
PCT/EP2011/060143 2010-07-14 2011-06-17 System und verfahren zur bidirektionalen kommunikation mit einem schienenfahrzeug WO2012007249A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010027131.4 2010-07-14
DE102010027131A DE102010027131A1 (de) 2010-07-14 2010-07-14 System und Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation mit einem Schienenfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012007249A1 true WO2012007249A1 (de) 2012-01-19

Family

ID=44358375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/060143 WO2012007249A1 (de) 2010-07-14 2011-06-17 System und verfahren zur bidirektionalen kommunikation mit einem schienenfahrzeug

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010027131A1 (de)
WO (1) WO2012007249A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467949A (zh) * 2013-09-19 2015-03-25 阿尔斯通运输技术公司 用于铁路车辆的通信设备和配备有该设备的铁路车辆
CN105591673A (zh) * 2014-11-07 2016-05-18 阿尔斯通运输科技公司 用于轨道车辆的通信设备以及配备有该设备的轨道车辆
KR20170053666A (ko) * 2014-09-04 2017-05-16 알스톰 트랜스포트 테크놀로지스 Cbtc 타입의 철도 신호 전달 시스템용 무선 통신 기반 시설
CN113160540A (zh) * 2021-03-17 2021-07-23 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种基于光电传输的列车设备机柜监测方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103578261B (zh) * 2012-07-19 2016-08-03 中国北车股份有限公司 用于机车车辆上的红外数据监控仪
DE102012214775A1 (de) * 2012-08-20 2014-03-06 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Funkkommunikation zweier gekuppelter Schienenfahrzeuge
DE102013224672A1 (de) * 2013-12-02 2015-06-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug
FR3049718B1 (fr) * 2016-04-05 2020-12-11 Alstom Transp Tech Ensemble de cablage enterre le long d'une voie ferree d'une infrastructure ferroviaire de circulation de tramways
LT3656643T (lt) 2018-05-15 2020-12-10 Cylus Cyber Security Ltd. Kibernetinio saugumo anonimizatorius
DK3799589T3 (da) 2019-05-16 2022-09-26 Cylus Cyber Security Ltd Selvorganiserende cyber jernbane betjent

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050254818A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-17 Zentera, Inc. Limited Optical wireless access systems for train passengers
EP1601136A1 (de) * 2004-05-24 2005-11-30 Alcatel Alsthom Compagnie Generale D'electricite Drahtlose Datenweiterleitung zwischen Zugangspunkten für eine Eisenbahn
WO2007063168A1 (en) * 2005-11-29 2007-06-07 Nokia Corporation Method, system and arrangements for setting up and maintaining a wlan connection within predictably moving vehicles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050254818A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-17 Zentera, Inc. Limited Optical wireless access systems for train passengers
EP1601136A1 (de) * 2004-05-24 2005-11-30 Alcatel Alsthom Compagnie Generale D'electricite Drahtlose Datenweiterleitung zwischen Zugangspunkten für eine Eisenbahn
WO2007063168A1 (en) * 2005-11-29 2007-06-07 Nokia Corporation Method, system and arrangements for setting up and maintaining a wlan connection within predictably moving vehicles

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467949A (zh) * 2013-09-19 2015-03-25 阿尔斯通运输技术公司 用于铁路车辆的通信设备和配备有该设备的铁路车辆
US10059355B2 (en) 2013-09-19 2018-08-28 Alstom Transport Technologies Communication device for rail vehicle, rail vehicle equipped with said device
CN104467949B (zh) * 2013-09-19 2020-01-14 阿尔斯通运输技术公司 用于铁路车辆的通信设备和配备有该设备的铁路车辆
KR20170053666A (ko) * 2014-09-04 2017-05-16 알스톰 트랜스포트 테크놀로지스 Cbtc 타입의 철도 신호 전달 시스템용 무선 통신 기반 시설
KR102429793B1 (ko) 2014-09-04 2022-08-05 알스톰 트랜스포트 테크놀로지스 Cbtc 타입의 철도 신호 전달 시스템용 무선 통신 기반 시설
CN105591673A (zh) * 2014-11-07 2016-05-18 阿尔斯通运输科技公司 用于轨道车辆的通信设备以及配备有该设备的轨道车辆
CN105591673B (zh) * 2014-11-07 2021-05-11 阿尔斯通运输科技公司 用于轨道车辆的通信设备以及配备有该设备的轨道车辆
CN113160540A (zh) * 2021-03-17 2021-07-23 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种基于光电传输的列车设备机柜监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010027131A1 (de) 2012-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012007249A1 (de) System und verfahren zur bidirektionalen kommunikation mit einem schienenfahrzeug
EP2735082B1 (de) Einrichtung zum betreiben von in einer eisenbahninfrastruktur angeordneten dezentralen funktionseinheiten
EP2172071B1 (de) Verfahren zur übertragung von daten in einem drahtlosen funknetz
WO2007060084A1 (de) Kommunikationssystem und -verfahren für fahrzeuge und streckenzentralen
DE102005044195A1 (de) Stromversorgungs- und Kommunikationssystem für ein Passagierflugzeug
EP2301202A1 (de) Einrichtung zur steuerung und/oder überwachung und datenabfrage von entlang eines verkehrsnetzwerks angeordneten dezentralen funktionseinheiten
EP3558789B1 (de) Ad-hoc-kommunikationsnetzwerk
EP2093122B1 (de) Eindeutige und automatische Kopplung von genau einem WLAN Client an einen WLAN Accesspoint für die Zugwagenkopplung
DE102009040221A1 (de) System und Verfahren zur sicheren Fernsteuerung von Fahrzeugen
EP2721741B1 (de) Datenübertragungsvorrichtung, schienenfahrzeugsübergangseinheit und schienenfahrzeugverband
EP1523864B1 (de) Kommunikationssystem für signalisierungsvorrichtungen eines flughafens
EP1403162B1 (de) Buskopplung
AT510757B1 (de) System zur fehlersicheren und redundanten übertragung von komplexen daten
CN104902351B (zh) 一种智能变电站过程层光纤多波长隔离通信组网方法
DE60131365T2 (de) Drahtloses Kommunikationssystem mit Wellenleiter
EP3472022B1 (de) Datenübertragungsvorrichtung für schienenfahrzeuge
DE202010000351U1 (de) Netzwerkinfrastruktur für mobile, in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbare Maschinen
DE102009016763A1 (de) Vorrichtung zur Übertragung von Informationen
EP3960580A1 (de) Eisenbahnleitsystem mit einem schnittstellen-adapter und methode zur konfiguration
DE102016217774A1 (de) Sicherungseinrichtung für einen Bahnübergang
DE102011081995A1 (de) Fahrtoptimierungsmodul
RU178863U1 (ru) Электропоезд
EP3861591A1 (de) Kommunikationssystem
DE102019217608A1 (de) 3Drahtloser Datenswitch für isochrone Echtzeitkommunikation
WO2015036252A1 (de) Schleifleitungsnetzwerk für die kommunikation von ortfesten anlagen mit zumindest einem ortsveränderlichen anlagenteil

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11726765

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11726765

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1